可重構(gòu)天線研究.pdf

1、可重構(gòu)天線是為了克服現(xiàn)代無線綜合信息系統(tǒng)進(jìn)一步向大容量、多功能、超寬帶方向發(fā)展所面臨的“瓶頸”而提出來的。目前，這一研究領(lǐng)域在國際上仍然處于起步階段，面臨諸多難題。因此，可重構(gòu)天線的研究具有很強(qiáng)的前沿性和探索性。本論文對(duì)頻率可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線和基于遺傳算法的可重構(gòu)天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較深入的研究，提出了多種可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)方案，揭示了可重構(gòu)天線良好的應(yīng)用前景。作者的主要工作和成果可概括為：
　　 1.在單極子頻率可重構(gòu)天

2、線設(shè)計(jì)中，提出將天線輻射體的一部分作為向開關(guān)器件提供直流偏置的引線。該方法很大程度上避免了直流引線對(duì)天線阻抗特性和輻射方向圖的不利影響，解決了單極子頻率可重構(gòu)天線中引線設(shè)計(jì)的難題。
　　 2.設(shè)計(jì)制作了一種寬頻帶印刷對(duì)稱振子頻率可重構(gòu)天線。該天線通過控制PIN開關(guān)二極管的狀態(tài)來改變天線的諧振長(zhǎng)度，從而獲得頻率重構(gòu)特性，頻率可調(diào)比高達(dá)101.3％。該設(shè)計(jì)采用寬帶指數(shù)型巴倫來解決寬頻帶對(duì)稱振子天線的平衡饋電轉(zhuǎn)換問題。
　　

3、3.提出了一種小型化頻率可調(diào)的微帶縫隙天線。諧振縫隙采用了平面螺旋結(jié)構(gòu)，使得天線結(jié)構(gòu)更加緊湊，天線尺寸較傳統(tǒng)直縫隙天線減小了40％。通過在螺旋非縫隙上加載PIN開關(guān)二極管，天線獲得了良好的頻率可調(diào)特性。由于開關(guān)直接加載于輻射很弱的螺旋非輻射縫隙，天線電調(diào)特性對(duì)開關(guān)性能的敏感程度顯著降低，使頻率重構(gòu)特性更容易實(shí)現(xiàn)。
　　 4.提出了一種寄生切角極化可重構(gòu)微帶貼片天線。該天線方形輻射貼片的4個(gè)寄生切角分別通過PIN開關(guān)接地。通過控制

4、4個(gè)PIN開關(guān)，天線能夠以左旋圓極化、右旋圓極化和線極化幾種不同的極化方式工作。由于天線自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)避免了在極化可重構(gòu)天線輻射口徑中直接使用隔直電容。
　　 5.提出了一種新穎的左右旋圓極化開關(guān)可切換的方形微帶貼片天線。天線由FET單刀雙擲射頻開關(guān)、3dB電橋和方形微帶貼片組成。為產(chǎn)生圓極化輻射，方形微帶貼片采用正交饋電，并由3dB電橋提供相位相差90°的輸入。開關(guān)兩個(gè)輸出端與3dB電橋的輸入端和隔離端連接。控制開關(guān)導(dǎo)

5、通方向，能夠改變天線左旋和右旋圓極化工作方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該天線能夠?qū)崿F(xiàn)良好的圓極化切換特性。
　　 6.提出了一種新的極化可重構(gòu)微帶貼片天線。該天線采用雙饋點(diǎn)激勵(lì)兩個(gè)方向正交線極化工作模式。通過改變饋電網(wǎng)絡(luò)中4個(gè)單刀雙擲開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，能夠在兩個(gè)饋電點(diǎn)處形成0°、180°和±90°的相位差，從而使天線的極化工作方式能夠在左、右旋圓極化以及線極化之間的切換。而且，這幾種極化方式下天線的工作頻率保持了很好的一致性。
　　

6、 7.采用遺傳算法對(duì)可重構(gòu)天線的頻率重構(gòu)能力進(jìn)行了初步的研究和探討。在遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為了加快天線分析速度，提出將可重構(gòu)天線開關(guān)作為加載元件來處理，利用快速矩量法(MoM)加快天線的分析速度。文中將該快速分析算法與遺傳算法相結(jié)合，對(duì)一平面型可重構(gòu)線天線的重構(gòu)能力進(jìn)行了探索。結(jié)果表明，該天線能夠在40MHz-400MHz頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的頻率重構(gòu)特性。而且由于使用了快速分析算法，可重構(gòu)天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)速度大大提高。
　　 8.

7、提出了一種方向圖可重構(gòu)微帶貼片天線設(shè)計(jì)方案，并將遺傳算法(GA)與時(shí)域有限差分法(FDTD)結(jié)合對(duì)該天線方向圖重構(gòu)能力進(jìn)行了探索。由優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果知道，該天線θ和φ兩個(gè)極化增益方向圖在x-z平面(50°，0°)至(130°，0°)的范圍和x-y平面(90°，-25°)至(90°，25°)的范圍內(nèi)具有良好的方向圖可重構(gòu)能力和較高的極化增益。
　　 9.提出了一種頻率和方向圖可同時(shí)重構(gòu)的籠形天線設(shè)計(jì)方案，并采用遺傳算法(GA)和前面